ما هو الانتروبيا في الفيزياء. الانتروبيا في حياتنا. التعامل مع شيطان ماكسويل

تُعرّف بطلة وودي آلن Whatever Works الكون مثل هذا: من الصعب دفعها مرة أخرى في الأنبوب. معجون الأسنان... كما تشرح بطريقة مثيرة للاهتمام مبدأ عدم اليقين في Heisenberg ، وهو سبب آخر لمشاهدة الفيلم.

الانتروبيا مقياس للفوضى والفوضى. لقد دعوت أصدقاءك إلى حفلة رأس السنة الجديدة ، وقمت بترتيب الطعام وغسل الأرض ، ووضعت وجبة خفيفة على الطاولة ، ورتبت المشروبات. باختصار ، لقد رتبوا كل شيء وأزالوا أكبر قدر ممكن من الفوضى. هذا هو نظام إنتروبيا منخفض

ما هو الانتروبيا بكلمات بسيطة: تعريف المجالات التي يستخدم فيها هذا المصطلح. أمثلة واضحة على الانتروبيا في الحياة.

ربما يمكنكم جميعًا تخيل ما يحدث للشقة إذا نجحت الحفلة: فوضى كاملة. لكن في الصباح لديك نظام ذو إنتروبيا عالية تحت تصرفك.

من أجل ترتيب الشقة ، تحتاج إلى ترتيبها ، أي إنفاق الكثير من الطاقة عليها. لقد انخفضت إنتروبيا النظام ، لكن لا يوجد تناقض مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية - لقد أضفت الطاقة من الخارج ، ولم يعد هذا النظام معزولًا.

أحد متغيرات نهاية العالم هو الموت الحراري للكون بسبب القانون الثاني للديناميكا الحرارية. ستصل إنتروبيا الكون إلى ذروتها ولن يحدث أي شيء آخر فيها.

بشكل عام ، كل شيء يبدو باهتًا إلى حد ما: في الطبيعة ، كل الأشياء المنظمة تميل إلى الدمار والفوضى. ولكن من أين تأتي الحياة على الأرض؟ جميع الكائنات الحية معقدة ومنظمة بشكل لا يصدق وتكافح بطريقة ما مع الانتروبيا طوال حياتها (على الرغم من أنها في النهاية تفوز دائمًا.

كل شيء بسيط للغاية. تعيد الكائنات الحية في عملية الحياة توزيع الانتروبيا حول نفسها ، أي أنها تتخلى عن إنتروبياها إلى كل ما في وسعها. على سبيل المثال ، عندما نأكل شطيرة ، نحول الخبز والزبدة المرتبتين إلى ما هو معروف. اتضح أننا أعطينا الانتروبيا الخاصة بنا للشطيرة ، لكن في النظام العام لم تنخفض الأنتروبيا.

وإذا أخذنا الأرض ككل ، فهي ليست نظامًا مغلقًا على الإطلاق: فالشمس تزودنا بالطاقة لمحاربة الإنتروبيا.

علم النفس الانتروبيا.

الانتروبيا - يتم تحديد طريقة للتفاعل بين الشخص والبيئة الاجتماعية من خلال حقيقة أن البيئة الاجتماعية ، من ناحية ، والشخصية من ناحية أخرى ، يمكن أن تشمل الميول الإنتروبية والسلبية ، وأشكال نسبهم المعينة ممكنة بشكل اندماجي طرق التفاعل نطاقها الواسع يجعل من الممكن تجاوز التعريف المحدود للشخصية كنظام مستقر يعمل في الظروف البيئية المتغيرة.

إذا أخذنا محور "الشخصية - البيئة الاجتماعية" الثابت في جهازنا المفاهيمي وتخيلنا دورانه المتبادل مع المحور "الإنتروبيا - نيجنتروبيا" ، الذي يحتوي على إجابة السؤال "كيف يسير التفاعل؟" لدينا أربعة خيارات أولية تحت تصرفنا:

1) الميول السلبية للبيئة الاجتماعية ؛
2) الميول الحتمية للبيئة الاجتماعية ؛
3) ميول الشخصية السلبية.
4) الميول الحتمية للشخصية.

من الضروري الإسهاب بإيجاز في وصف كل منهم.

1. الميول السلبية للبيئة الاجتماعية. حتى بيكون طرح السؤال عن كيفية وجود الشخص في ظروف نظام اجتماعي ، وبشكل عام ، مما يتكون هذا النظام الاجتماعي. معظم النظريات الاجتماعية الحديثة مكرسة لتوضيح طبيعتها. فيما يتعلق بمهمتنا ، فهم يصفون المعايير المحتملة للنظام "الشخصية - البيئة الاجتماعية" ، ويكفي أن نلاحظ: يمكن إدراج الشخص في العلاقات الرسمية وغير الرسمية ، والتي تتمثل صفتها الرئيسية في التكرار والوضوح والتنظيم ، الظروف الاجتماعية الطقسية والنمطية - مواقف السلوك الفردي. من المعروف أن المجتمع لا يمكن أن يؤثر بشكل فعال على فرد مدرج في مجموعة إذا كانت استراتيجية التأثير الاجتماعي غير متسقة وإجماعية ومتسقة.

2. الميول الحتمية للبيئة الاجتماعية. عناصر الفوضى والاضطراب وزعزعة الاستقرار الاجتماعي وعدم تنظيم الجهاز في مراحل مختلفة من تطوره.حتى اعتبر دوركهايم شرط ضروريتنمية المجتمع ، وجود بعض عناصر الفوضى فيه. كما تعلم ، فقد أكد هذه النقطة فيما يتعلق بدراسة طبيعة الشذوذ الاجتماعي والجريمة. بدون الخوض في تفاصيل التحليل النقدي لآراء دوركهايم ، نريد التأكيد على أن الميول الحتمية يتم ملاحظتها بشكل خاص في عمل المجموعات الاجتماعية الصغيرة في المناخ الاجتماعي الصغير لبعض الجمعيات البشرية الرسمية وغير الرسمية. مثال على ذلك شركة مخمور ، حشد هائج أثناء عرض رياضي ، موقف في عمل جماعي مع توزيع غير واضح للوظائف والأدوار ، تجمع عشوائي لأشخاص غير موحدين بخيط مشترك ، إلخ.

3. ميول الشخصية السلبية. يشير هذا إلى اتساق آراء ومواقف الفرد ؛ اتساقها وتنظيمها في الأعمال. يبدو من غير الضروري التفكير بالتفصيل في آليات ضمان وتحقيق الاستقرار واتساق التنظيم في حياة الفرد ، لأن هذه المسألة تمت مناقشتها على نطاق واسع في الأدبيات النفسية وتخصص العديد من الأعمال لدراستها. يمكن التأكيد فقط على أن طلاب وأتباع DN Uznadze يربطون آلية استقرار السلوك الفردي والسمات الشخصية ، والإدراك العالمي والمعتقدات مع تثبيت الموقف ، مع تنظيم معين من المواقف الثابتة ، وهيكلها النظامي والميل الداخلي نحو التوحيد والتوافق.

4. ميول الشخصية الحتمية. التفكك السلوكي ، وعدم التنظيم ، وعدم الاتساق في الأفعال والمعتقدات ، وعدم الاستقرار العاطفي هي مظاهر الفوضى الداخلية والميول الحتمية للفرد. ليس هناك شك في أن الحالة المحدودة لنمو الانتروبيا هي سمة من سمات علم الأمراض ، ومع ذلك ، سيكون من الخطأ تبسيط السؤال بهذه الطريقة ، ويُزعم أن نمو الانتروبيا يرتبط بعلم الأمراض ، ويرتبط نمو Negentropy بالصحة العقلية . علاوة على ذلك ، مع العديد من الاضطرابات العصابية ، يُلاحظ الإفراط في التنظيم ، وينتقل إلى الأشكال المرضية للطقوس ، وعلى العكس من ذلك ، في الأفراد الأصحاء عمليًا ، في ظل ظروف معينة ، يمكن ملاحظة زيادة في الميول الحتمية. يتضح هذا جيدًا في التجارب المعروفة لـ L. Festinger و T. Newcomb و A. Pepiton و F.G Zimbardo فيما يتعلق بدراسة ظاهرة عدم التمييز ، والتي تمت مناقشتها جزئيًا بالفعل. الحقيقة هي أن أحد مؤشرات عدم التفرقة ، وفقًا لهذه الازدحام ، هو الاندفاع والسلوك المدمر ، وانخفاض ضبط النفس ، والسلوك الفوضوي ، وعدم تنظيم الحالات الشخصية. صاغ FG Zimbardo بشكل موجز وواضح الصراع بين لحظتين - الفوضى والنظام - في الوجود البشري: "في الصراع الأبدي للنظام والفوضى ، نأمل في انتصار التفرد ، ولكن بشكل غامض نحن في مؤامرة مع القوى الداخلية المنبثقة من أعماق التفرد. "...

فلسفة الانتروبيا.

ENTROPY (من الانتروبيا اليونانية - تحول ، تحول) - جزء الطاقة الداخليةنظام مغلق أو مجمع طاقة للكون ، والذي لا يمكن استخدامه ، على وجه الخصوص ، لا يمكن أن يمر أو يتحول إلى عمل ميكانيكي. يتم التعريف الدقيق للإنتروبيا باستخدام الحسابات الرياضية. يظهر تأثير الانتروبيا بشكل أكثر وضوحًا في مثال العمليات الديناميكية الحرارية. وبالتالي ، لا تتحول الحرارة مطلقًا إلى عمل ميكانيكي تمامًا ، حيث يتم تحويلها إلى أنواع أخرى من الطاقة. من الجدير بالذكر أنه في العمليات القابلة للعكس ، تظل قيمة الانتروبيا دون تغيير ، في العمليات التي لا رجوع فيها ، على العكس من ذلك ، تزداد باطراد ، وتحدث هذه الزيادة بسبب انخفاض الطاقة الميكانيكية. وبالتالي ، فإن كل هذا العدد الكبير من العمليات التي لا رجعة فيها والتي تحدث في الطبيعة مصحوبة بانخفاض في الطاقة الميكانيكية ، والذي يجب أن يؤدي في النهاية إلى شلل عام ، أو بعبارة أخرى ، "الموت الحراري". لكن مثل هذا الاستنتاج لا يصلح إلا في حالة افتراض شمولية الكون كإجراء تجريبي مغلق. السيد المسيح. تحدث اللاهوتيون ، بناءً على الإنتروبيا ، عن محدودية العالم ، مستخدمينه كدليل على وجود الله.

الانتروبيا ينمو. هل ينمو الانتروبيا في أنظمة منعزلة؟

خمس أساطير عن التطور والنتروبيا. الأسطورة الثالثة.
نحتفظ بالمال في مكان مغلق ونخفي الطعام عن الحرارة في الجليد.
لكن لا يمكن لأي شخص أن يعيش في عزلة ومحبس.
ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الانتروبيا في نظام معزول لا تنقص ، أي أنها تستمر أو تزداد. هل يمكن أن تنمو خارج نظام منعزل؟
نلاحظ على الفور أن مصطلح "النظام" في صياغة المبدأ الثاني يستخدم فقط للإيجاز. يعني أي مجموعة من العناصر ، بينما يشتمل النظام على اتصالات بينها ويفترض بعض التكامل. لا يمكن أن تؤدي كل من الوصلات والتكامل إلا إلى إبطاء نمو الانتروبيا ، باستثناء بعض الحالات (التي قد تكون غير مرغوب فيها للنظام). لا يعتبر الاتساق مهما للمبدأ الثاني بأي شكل من الأشكال.
ينشأ شرط العزلة من حقيقة أنه يمكن تصدير وانتروبيا من نظام مفتوح في البيئة. ولكن ، بعد أن تمت معايرة مجموعة العناصر المعزولة ، وصلت إلى الحالة الكلية الأكثر احتمالية ، فإن الإنتروبيا ، بعد أن وصلت إلى الحد الأقصى ، لا يمكن أن تنمو أكثر.
نمو الانتروبيا ممكن فقط في وجود نوع من عدم التوازن ، والذي لن ينشأ حتى تدفق الطاقة من الخارج أو استئناف تدفقها. ليس من أجل لا شيء أن نضع الأشياء في مرافق تخزين معزولة - وهذا يمنع التأثيرات الخارجية التي تساهم في ظهور عدم التوازن وزيادة نمو الانتروبيا. لذلك ، فإن العزلة ، مثل النظامية ، لا تساهم في نمو الإنتروبيا ، ولكنها تضمن فقط عدم تناقصها. إنه خارج نظام منعزل ، في بيئة مفتوحة ، تنمو الأنتروبيا في الغالب.
على الرغم من أن الصياغة الكلاسيكية للمبدأ الثاني لا تخبرنا كيف تتغير الإنتروبيا في الأنظمة والبيئات المفتوحة ، فهذه ليست مشكلة كبيرة. يكفي أن نفصل عقليًا قسمًا من البيئة أو مجموعة من الأنظمة المفتوحة التي تشارك في العملية ولا تتعرض لتأثيرات خارجية واعتبارها نظامًا منفردًا معزولًا. ثم لا ينبغي أن ينخفض ​​إجمالي إنتروبياهم. هذه هي الطريقة التي جادل بها دبليو آشبي ، على سبيل المثال ، عند تقييم تأثير نظام ما على نظام آخر ، و I. بريغوجين عند النظر في الهياكل التبديدية.
والأسوأ من ذلك ، أن فئة كبيرة من العمليات التي تنمو فيها الإنتروبيا ، أي عمليات تراكم الاضطرابات في الأنظمة تحت تأثير القوى الخارجية ، تبدو وكأنها تخرج من عمل المبدأ الثاني - ففي النهاية ، لا يمكنها المضي قدمًا في أنظمة منعزلة!
لذلك ، سيكون من الأفضل صياغة القانون على النحو التالي: أي عملية تحويل عفوية للطاقة والكتلة والمعلومات لا تقلل من الانتروبيا الكلية لجميع أنظمة وأجزاء البيئة المرتبطة بها. في مثل هذه الصياغة ، يتم إزالة شرط الاتساق المفرط ، ويتم ضمان العزلة من خلال مراعاة جميع العناصر التي تنطوي عليها العملية ويتم تأكيد صلاحية القانون لجميع العمليات التلقائية.

الانتروبيا بعبارات بسيطة. ما هو الانتروبيا بكلمات بسيطة

في أغلب الأحيان ، توجد كلمة "إنتروبيا" ، بالطبع ، في الفيزياء الكلاسيكية. يعد هذا من أصعب مفاهيم هذا العلم ، لذلك غالبًا ما يواجه طلاب جامعات الفيزياء مشاكل في تصور هذا المصطلح. هذا ، بالطبع ، مؤشر مادي ، لكن من المهم فهم حقيقة واحدة - الإنتروبيا ليست مشابهة للمفاهيم المعتادة للحجم أو الكتلة أو الضغط ، لأن الإنتروبيا هي بالتحديد خاصية مسألة معينة قيد الدراسة.

بعبارات بسيطة ، الإنتروبيا هي مؤشر على مقدار المعلومات التي لا نعرفها عن موضوع معين. حسنًا ، على سبيل المثال ، على السؤال الذي أعيش فيه ، سأجيب عليك - في موسكو. هذا تنسيق محدد للغاية - العاصمة الاتحاد الروسي- ومع ذلك ، فإن موسكو مدينة كبيرة إلى حد ما ، لذلك ما زلت لا تعرف المعلومات الدقيقة حول موقعي. لكن عندما أخبرك ، على سبيل المثال ، الرمز البريدي الخاص بي ، فإن الإنتروبيا الخاصة بي ، ككائن ، ستنخفض.

هذا ليس تشبيهًا دقيقًا تمامًا ، لذا للتوضيح ، سنقدم مثالًا آخر. لنفترض أننا أخذنا عشرة أحجار نرد سداسية الجوانب. دعنا نسقطها جميعًا بدورها ، وبعد ذلك سأخبرك بإجمالي المؤشرات المسقطة - ثلاثون مؤشرًا. بناءً على مجموع كل النتائج ، لن تكون قادرًا على تحديد الرقم وعلى أي عدد سقط على وجه اليقين - فأنت ببساطة ليس لديك بيانات كافية لهذا الغرض. في حالتنا ، سيُطلق على كل رقم تم إسقاطه في لغة الفيزيائيين اسم microstate ، وسيُطلق على المبلغ الذي يساوي ثلاثين ، في نفس اللهجة الفيزيائية ، اسم الحالة الكلية. إذا قمنا بحساب عدد الدول المجهرية الممكنة التي يمكن أن تعطينا ثلاث عشرات منها إجمالاً ، فقد توصلنا إلى استنتاج مفاده أن عددها يصل إلى ما يقرب من ثلاثة ملايين قيمة. باستخدام صيغة خاصة ، يمكننا حساب مؤشر الانتروبيا في هذه التجربة الاحتمالية - ستة ونصف. من أين أتى النصف ، قد تسأل؟ يظهر هذا الجزء الكسري بسبب حقيقة أنه عند الترقيم بالترتيب السابع ، يمكننا العمل بثلاثة أرقام فقط - 0 و 1 و 2.

الانتروبيا في علم الأحياء. الانتروبيا (توضيح)

غير قادر علي:

• الانتروبيا هو مقياس لا رجوع فيه من تبديد الطاقة ، وهو مقياس لانحراف عملية حقيقية عن عملية مثالية.
• الانتروبيا الديناميكية الحرارية - دالة لحالة النظام الديناميكي الحراري
• الانتروبيا (علم الأحياء) هي وحدة قياس التنوع البيولوجي في علم البيئة البيولوجية.
• إنتروبيا المعلومات هي مقياس لعشوائية المعلومات ، وعدم اليقين من ظهور أي رمز من الأبجدية الأولية.
• Entropy هي شبكة اتصالات حاسوبية لا مركزية من نظير إلى نظير مصممة لتكون مقاومة للرقابة على الشبكة.
• الانتروبيا الطوبولوجية
• إنتروبيا متري
• إنتروبيا النظام الديناميكي
• الانتروبيا التفاضلية
• إن إنتروبيا اللغة هي وظيفة إحصائية لنص بلغة معينة ، أو للغة نفسها ، والتي تحدد مقدار المعلومات لكل وحدة نص.
• Entropy (مجلة) هي مجلة دولية متعددة التخصصات في اللغة الإنجليزيةالبحث في الانتروبيا والمعلومات.

• "إنتروبيا" هو فيلم روائي طويل عام 2012 لماريا ساهاكيان.
• غير قادر علي ( لعبة اللوحة) (الإنجليزية إنتروبيا) هي لعبة لوحية عام 1977 من إريك سولومون و 1994 من أوغسطين كارينو.

فيديو عن الانتروبيا

أمثلة الانتروبيا. مقدمة

غير قادر علي

يحتوي قاموس الكلمات الأجنبية على التعريف التالي للإنتروبيا: الانتروبيا - 1) في الفيزياء - إحدى الكميات التي تميز الحالة الحرارية للجسم أو نظام الأجسام ؛ مقياس الاضطراب الداخلي للنظام ؛ بالنسبة لجميع العمليات التي تحدث في نظام مغلق ، فإن الانتروبيا إما تزيد (عمليات لا رجعة فيها) أو تظل ثابتة (عمليات قابلة للعكس) ؛ 2) في نظرية المعلومات - مقياس عدم اليقين في حالة (متغير عشوائي) مع عدد محدود أو زوجي من النتائج ، على سبيل المثال ، تجربة لم تكن النتيجة معروفة قبلها بالضبط.

تم تقديم مفهوم الانتروبيا لأول مرة إلى العلم من قبل كلوسيوس في عام 1865 كتطور منطقي للديناميكا الحرارية لكارنو.

لكني أصف هذا المفهوم بأنه مقياس للفوضى. في رأيي ، هذا هو الموضوع الأمثل في الوقت الحالي لأنه مرتبط تمامًا بالحياة. الانتروبيا في كل شيء. في الطبيعة ، في الإنسان ، في مختلف العلوم. حتى ولادة الإنسان في الرحم تبدأ بالفوضى. يمكن أن يرتبط الانتروبيا أيضًا بتكوين الكوكب ، لأنه قبل ظهور الله على الأرض ، كانت جميع الظواهر الطبيعية وكل ما كان على الكوكب في درجة عالية من الانتروبيا. ولكن بعد سبعة أيام ، اكتسب الكوكب مظهرًا منظمًا ، أي أن كل شيء سقط في مكانه.

بناءً على النتائج التي توصلت إليها ، أود تحليل هذه الظاهرة بمزيد من التفصيل ، وإذا جاز التعبير ، قلل من إنتروبيا فهم هذه الظاهرة.

الحجم	صيغة الحساب	المعنى
الانتروبيا الكلية للجزء المرئي S (displaystyle S)	4π3sγlH03 (\ displaystyle (\ frac (4 \ pi) (3)) s _ (\ gamma) l_ (H_ (0)) ^ (3))	∼1088 (\ displaystyle \ sim 10 ^ (88))
إنتروبيا محددة لغاز الفوتون sγ (\ displaystyle s _ (\ gamma))	8π290T03 (\ displaystyle (\ frac (8 \ pi ^ (2)) (90)) T_ (0) ^ (3))	≈1.5103 (\ displaystyle \ almost 1.510 ^ (3)) سم -3

إنتروبيا الكون هي الكمية التي تميز درجة الفوضى والحالة الحرارية للكون. التعريف الكلاسيكي للإنتروبيا وطريقة حسابها غير مناسبين للكون ، لأن قوى الجاذبية تعمل فيه ، والمادة نفسها لا تشكل نظامًا مغلقًا. ومع ذلك ، يمكن إثبات أن الانتروبيا الكلية محفوظة في الحجم المصاحب.

في كون يتوسع ببطء نسبيًا ، يتم الحفاظ على الانتروبيا في الحجم المصاحب ، وبترتيب الحجم تكون الإنتروبيا مساوية لعدد الفوتونات.

قانون حفظ الانتروبيا في الكون

في الحالة العامة ، يكون لزيادة الطاقة الداخلية الشكل:

دعونا نأخذ في الاعتبار أن الإمكانات الكيميائية للجسيمات متساوية في القيمة ومعاكسة في الإشارة:

إذا اعتبرنا التوسيع عملية توازن ، فيمكن تطبيق التعبير الأخير على الحجم المصاحب (V∝a3 (\ displaystyle V \ propto a ^ (3)) ، حيث a (\ displaystyle a) هو "نصف القطر " الكون). ومع ذلك ، في الحجم المصاحب ، يبقى الفرق بين الجسيمات والجسيمات المضادة. بالنظر إلى هذه الحقيقة ، لدينا:

لكن سبب التغيير في الحجم هو التوسع. إذا أخذنا هذا الظرف في الاعتبار الآن ، فإننا نفرق بين التعبير الأخير في الوقت المناسب:

الآن ، إذا استبدلنا بمعادلة الاستمرارية المضمنة في النظام:

هذا الأخير يعني أن الانتروبيا محفوظة في الحجم المصاحب.

تتويج فريدريك في كنيسة قلعة كونيجسبيرج

فريدريش ، نجل ناخب براندنبورغ فريدريش فيلهلم ، الملقب بالناخب العظيم ، ولد في كونيغسبرغ في 11 يوليو 1657 من زوجة والده الأولى لويز هنريتا. فتحت وفاة أخيه الأكبر كارل إميل عام 1674 الطريق أمامه نحو التاج.

صحته سيئة ، ضعيف ، يتأثر بسهولة ، كان ميالًا إلى البهاء والروعة. الفارق اللافت بينه وبين والده لاحظه جميع المؤرخين - اختلاف في الشخصية ووجهات النظر والتطلعات. يدعو لافيس على نحو ملائم فريدريك الابن الضال لعائلة بخيلة. إلى جانب شغف الفخامة ، كان هناك عبادة فريدريك الثالث لكل شيء فرنسي. يقول موديجي Deutsch-französische Modegeist عام 1689: "الآن يجب أن يكون كل شيء فرنسيًا: فرنسيوالملابس الفرنسية والمطبخ الفرنسي وأدوات المائدة والرقصات الفرنسية والموسيقى الفرنسية والأمراض الفرنسية. إن الروح الفرنسية الفخورة والمخادعة والفاسدة جعلت الألمان ينامون تمامًا ". تم إنفاق ما يصل إلى 820.000 ثالر سنويًا على صيانة الفناء ، أي أقل من 10000 ثالر فقط من أجل الحفاظ على الإدارة المدنية بأكملها للدولة. وصف فريدريك الثاني جده بالكلمات: "عظيم في الأمور الصغيرة والصغير في الكبير".

الدورة الأكثر كفاءة للمحرك الحراري هي دورة كارنو الحرارية. وهو يتألف من عمليتين متساويتين واثنتين ثابتتين. ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أنه لا يمكن استخدام كل الحرارة التي يتم توفيرها للمحرك الحراري لأداء العمل. تعطي كفاءة مثل هذا المحرك ، الذي ينفذ دورة كارنو ، القيمة المحددة لذلك الجزء منه الذي يمكن استخدامه لهذه الأغراض.

بضع كلمات حول انعكاس العمليات الفيزيائية

عملية فيزيائية (بالمعنى الضيق للديناميكا الحرارية) في نظام معين من الأجسام (بما في ذلك المواد الصلبة، السوائل ، الغازات) قابل للعكس إذا كان من الممكن ، بعد تنفيذه ، استعادة الحالة التي كان فيها النظام قبل أن يبدأ. إذا لم تستطع العودة إلى حالتها الأصلية في نهاية العملية ، فلا رجوع عنها.

العمليات القابلة للعكس لا تحدث في الطبيعة. هذا نموذج مثالي للواقع ، نوع من الأدوات لأبحاثها في الفيزياء. مثال على هذه العملية هو دورة Karnot. المحرك الحراري المثالي هو نموذج لنظام حقيقي ينفذ عملية سميت على اسم الفيزيائي الفرنسي سادي كارنو ، الذي وصفها لأول مرة.

ما الذي يسبب عدم رجوع العمليات؟

تشمل العوامل التي تؤدي إليه ما يلي:

• تتدفق الحرارة من مصدر الحرارة إلى المستهلك مع اختلاف درجة حرارة محدودة بينهما ؛
• توسع غير محدود للغاز
• خلط اثنين من الغازات
• احتكاك؛
• مرور تيار كهربائي عبر مقاومة ؛
• تشوه غير مرن
• تفاعلات كيميائية.

لا يمكن التراجع عن هذه العملية في حالة وجود أي من هذه العوامل. دورة كارنو المثالية هي عملية قابلة للعكس.

العمليات القابلة للعكس داخليًا وخارجيًا

عندما يتم تنفيذ العملية ، يمكن تحديد عوامل عدم رجوعها داخل نظام الهيئات نفسها ، وكذلك في المناطق المجاورة لها. يطلق عليه عكسي داخليًا إذا كان من الممكن استعادة النظام إلى نفس حالة التوازن التي كان عليها في البداية. في الوقت نفسه ، لا يمكن أن تكون هناك عوامل لا رجعة فيها ، بينما تستمر العملية قيد النظر.

إذا كانت عوامل اللارجعة غائبة خارج حدود النظام في العملية ، عندئذٍ يطلق عليها عكسها خارجيًا.

تسمى العملية قابلة للعكس تمامًا إذا كانت قابلة للعكس داخليًا وخارجيًا.

ما هي دورة Karnot؟

في هذه العملية ، التي يتم تنفيذها بواسطة محرك حراري مثالي ، يقوم مائع العمل - الغاز المسخن - بأداء عمل ميكانيكي بسبب الحرارة المتلقاة من الخزان الحراري ذي درجة الحرارة العالية (السخان) ، كما ينبعث الحرارة إلى خزان الحرارة ذي درجة الحرارة المنخفضة ( ثلاجة).

تعد دورة كارنو واحدة من أشهر الدورات القابلة للعكس. يتكون من أربع عمليات قابلة للعكس. وعلى الرغم من أن هذه الحلقات غير قابلة للتحقيق في الممارسة العملية ، إلا أنها تضع حدودًا عليا على أداء الحلقات الحقيقية. يتضح من الناحية النظرية أن هذه الدورة المباشرة تحول الطاقة الحرارية (الحرارة) إلى عمل ميكانيكي بأقصى قدر ممكن من الكفاءة.

كيف يقوم الغاز المثالي بأداء دورة كارنو؟

ضع في اعتبارك محركًا حراريًا مثاليًا يحتوي على أسطوانة غاز ومكبس. عمليات الدورة العكسية الأربع لمثل هذه الآلة هي:

1. عكس التمدد متساوي الحرارة. في بداية العملية ، يكون للغاز الموجود في الأسطوانة درجة حرارة T H. من خلال جدران الأسطوانة ، فإنه يتلامس مع السخان ، الذي يحتوي على فرق درجة حرارة صغير غير محدود مع الغاز. وبالتالي ، فإن عامل اللارجعة المقابل في شكل اختلاف محدود في درجة الحرارة غائب ، وتحدث عملية نقل الحرارة القابلة للعكس من السخان إلى سائل العمل - الغاز. تنمو طاقتها الداخلية وتتوسع ببطء ، بينما تقوم بعمل تحريك المكبس وتبقى عند درجة حرارة ثابتة T H. إجمالي كمية الحرارة المنقولة إلى الغاز بواسطة المدفأة أثناء هذه العملية تساوي Q H ، ومع ذلك ، يتم تحويل جزء منها فقط لاحقًا إلى عمل.

2. عكس التوسع ثابت الحرارة. تتم إزالة السخان ويتمدد غاز كارنو ببطء أكثر بطريقة ثابتة الحرارة (مع إنتروبيا ثابتة) دون تبادل الحرارة عبر جدران الأسطوانة أو المكبس. يؤدي عملها على تحريك المكبس إلى انخفاض في الطاقة الداخلية ، والذي يتم التعبير عنه في انخفاض درجة الحرارة من T H إلى T L. إذا افترضنا أن المكبس يتحرك بدون احتكاك ، فإن العملية يمكن عكسها.

3. الضغط العكسي متساوي الحرارة. تلامس الأسطوانة ثلاجة بدرجة حرارة T L. يتم دفع المكبس للخلف بواسطة قوة خارجية تقوم بعمل ضغط الغاز. في الوقت نفسه ، تظل درجة حرارته مساوية لـ T L ، وتبقى العملية ، بما في ذلك نقل الحرارة من الغاز إلى الثلاجة والضغط ، قابلة للعكس. إجمالي كمية الحرارة التي تمت إزالتها من الغاز إلى الثلاجة تساوي Q L.

4. ضغط ثابت ثابت. تتم إزالة المبرد ويتم ضغط الغاز ببطء بطريقة ثابتة الحرارة (في الانتروبيا الثابتة). ترتفع درجة حرارته من T L إلى T N. يعود الغاز إلى حالته الأصلية ، مما يكمل الدورة.

مبادئ كارنو

إذا كانت العمليات التي تشكل دورة كارنو للمحرك الحراري قابلة للعكس ، فإنها تسمى محرك حراري قابل للانعكاس. خلاف ذلك ، لدينا نسخته التي لا رجعة فيها. في الممارسة العملية ، جميع المحركات الحرارية كذلك ، لأن العمليات القابلة للعكس لا توجد في الطبيعة.

صاغ كارنو المبادئ التي هي نتيجة للقانون الثاني للديناميكا الحرارية. يتم التعبير عنها على النحو التالي:

1. كفاءة المحرك الحراري الذي لا رجوع فيه تكون دائمًا أقل من كفاءة المحرك القابل للانعكاس ، حيث يعمل من نفس خزاني الحرارة.

2. كفاءة جميع المحركات الحرارية العكسية التي تعمل من نفس خزاني الحرارة هي نفسها.

أي أن كفاءة المحرك الحراري القابل للانعكاس لا تعتمد على سائل العمل المستخدم وخصائصه ووقت الدورة ونوع المحرك الحراري. إنها فقط وظيفة لدرجة حرارة الخزانات:

حيث Q L هي الحرارة المنقولة إلى الخزان ذي درجة الحرارة المنخفضة ، والذي له درجة حرارة T L ؛ Q H - الحرارة المنقولة من خزان عالي الحرارة ، والذي له درجة حرارة T H ؛ ز ، و - أي وظائف.

محرك الحرارة كارنو

يطلق عليه محرك حراري يعمل على دورة كارنو القابلة للانعكاس. يتم تعريف الكفاءة الحرارية لأي محرك حراري ، سواء كانت قابلة للانعكاس أم لا ، على أنها

η ث = 1 - Q L / Q H ،

حيث Q L و Q H هي كميات الحرارة المنقولة في الدورة إلى الخزان ذي درجة الحرارة المنخفضة عند درجة الحرارة T L ومن الخزان عالي الحرارة عند درجة الحرارة T H ، على التوالي. بالنسبة للمحركات الحرارية القابلة للانعكاس ، يمكن التعبير عن الكفاءة الحرارية من حيث درجات الحرارة المطلقة لهذين الخزانين:

η عشر = 1 - T L / T H.

تعد كفاءة محرك كارنو الحراري أعلى كفاءة يمكن أن يحققها محرك حراري عند التشغيل بين خزان درجة حرارة عالية عند T H وخزان درجة حرارة منخفضة عند T L. جميع المحركات الحرارية التي لا رجعة فيها والتي تعمل بين نفس الخزانين لديها كفاءة أقل.

عملية عكسية

الدورة المعنية قابلة للعكس تمامًا. يمكن تحقيق نسخة التبريد الخاصة به إذا تم عكس جميع العمليات المضمنة فيه. في هذه الحالة ، يتم استخدام عمل دورة كارنو لإحداث فرق في درجة الحرارة ، أي. طاقة حرارية. خلال الدورة العكسية ، يتلقى الغاز كمية الحرارة Q L من الخزان ذي درجة الحرارة المنخفضة ، وكمية الحرارة QH تعطى لهم في خزان الحرارة عالي الحرارة. شبكة الطاقة W ، مطلوبة لإكمال الدورة. وهي تساوي مساحة الشكل التي يحدها اثنان من متساوي الحرارة واثنين من adiabats. تظهر المخططات الكهروضوئية لدورة كارنو الأمامية والخلفية في الشكل أدناه.

ثلاجة ومضخة حرارية

تُسمى الثلاجة أو المضخة الحرارية التي تنفذ دورة كارنو العكسية ثلاجة كارنو أو مضخة الحرارة كارنو.

تُعرَّف كفاءة الثلاجة القابلة للعكس أو غير القابلة للعكس (η R) أو المضخة الحرارية (η HP) على النحو التالي:

حيث Q N هي كمية الحرارة التي يتم إزالتها إلى الخزان ذي درجة الحرارة العالية ؛
Q L - كمية الحرارة المتلقاة من الخزان منخفض الحرارة.

للثلاجات القابلة للعكس أو المضخات الحرارية مثل ثلاجات Carnot أو مضخات حراريةكارنو ، يمكن التعبير عن الكفاءة من حيث درجات الحرارة المطلقة:

حيث T H = درجة الحرارة المطلقة في الخزان عالي الحرارة ؛
T L = درجة الحرارة المطلقة في خزان درجة الحرارة المنخفضة.

η R (أو η HP) هي أعلى كفاءة للثلاجة (أو مضخة حرارية) يمكن تحقيقها عند التشغيل بين خزان درجة حرارة عالية عند T H وخزان درجة حرارة منخفضة عند T L. جميع الثلاجات أو المضخات الحرارية التي لا رجعة فيها والتي تعمل بين نفس الخزان لديها كفاءة أقل.

ثلاجة منزلية

الفكرة الأساسية وراء ثلاجة المنزل بسيطة: فهي تستخدم تبخر مادة التبريد لامتصاص الحرارة من المساحة المبردة في الثلاجة. هناك أربعة أجزاء رئيسية في أي ثلاجة:

• ضاغط.
• المبرد الأنبوبي خارج الثلاجة.
• صمام توسع.
• أنابيب التبادل الحراري داخل الثلاجة.

يتم تنفيذ دورة Carnot العكسية عند تشغيل الثلاجة بالترتيب التالي:

• ضغط ثابت. يقوم الضاغط بضغط أبخرة التبريد ، مما يزيد من درجة حرارتها وضغطها.
• ضغط متساوي الحرارة. يعمل بخار المبرد ذو درجة الحرارة العالية الذي يتم ضغطه بواسطة الضاغط على تبديد الحرارة إلى البيئة (خزان درجة حرارة عالية) حيث يتدفق عبر المبرد خارج الثلاجة. يتم تكثيف (ضغط) أبخرة المبردات في الطور السائل.
• التوسع Adiabatic. يتدفق المبرد السائل عبر صمام التمدد لتقليل ضغطه.
• التوسع متساوي الحرارة. يتبخر سائل التبريد البارد أثناء مروره عبر أنابيب التبادل الحراري داخل الثلاجة. في عملية التبخر ، تزداد طاقتها الداخلية ، ويتم توفير هذا النمو من خلال استخلاص الحرارة من الفضاء الداخلي للثلاجة (خزان درجة الحرارة المنخفضة) ، مما يؤدي إلى تبريدها. ثم يدخل الغاز إلى الضاغط للضغط مرة أخرى. تتكرر دورة كارنو العكسية.

التفرد. التعليقات (1)

Theory and Practice هو موقع عن المعرفة الحديثة. لا يُسمح باستخدام مواد T&P إلا بموافقة مسبقة من أصحاب حقوق النشر. جميع حقوق الصور والنصوص مملوكة لمؤلفيها. قد يحتوي الموقع على محتوى غير مخصص للأشخاص الذين تقل أعمارهم عن 16 عامًا.

• حول المشروع
• خريطة الموقع
• جهات الاتصال
• طرح سؤال

• شروط الخدمة
• سرية
• مشاريع خاصة
• موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك
• في تواصل مع
• تويتر
• برقية

اشترك في T&P

سنرسل لك أهم مواد ومجموعات T&P. قصير وليس بريد عشوائي.

بالنقر فوق الزر ، فإنك توافق على معالجة البيانات الشخصية وتوافق على سياسة الخصوصية.

الانتروبيا هي كلمة سمعها الكثيرون ، لكن القليل منهم يفهمها. وعلينا أن نعترف أنه من الصعب حقًا فهم جوهر هذه الظاهرة تمامًا. ومع ذلك ، هذا لا ينبغي أن يخيفنا. الكثير مما يحيط بنا ، في الواقع ، لا يسعنا إلا أن نوضحه بشكل سطحي. ونحن لا نتحدث عن تصور أو معرفة أي فرد بعينه. رقم. نحن نتحدث عن كامل المعارف العلمية التي تمتلكها البشرية.

توجد فجوات خطيرة ليس فقط في معرفة مقياس المجرة ، على سبيل المثال ، في الأسئلة حول الثقوب الدودية ، ولكن أيضًا في ما يحيط بنا طوال الوقت. على سبيل المثال ، لا يزال هناك جدل حول الطبيعة الفيزيائية للضوء. ومن يستطيع أن يفرز مفهوم الوقت؟ هناك الكثير من الأسئلة المشابهة. لكن هذه المقالة سوف تركز على الانتروبيا. لسنوات عديدة ، ظل العلماء يكافحون من أجل مفهوم "الإنتروبيا". تسير الكيمياء والفيزياء جنبًا إلى جنب في دراسة هذا ، وسنحاول معرفة ما أصبح معروفًا في عصرنا.

إدخال المفهوم في المجتمع العلمي

لأول مرة تم إدخال مفهوم الانتروبيا في بيئة المتخصصين من قبل عالم الرياضيات الألماني البارز رودولف جوليوس إيمانويل كلاوسيوس. بعبارات بسيطة ، قرر العالم معرفة أين تذهب الطاقة. بأى منطق؟ للتوضيح ، لن نشير إلى التجارب العديدة والاستنتاجات المعقدة لعالم رياضيات ، لكننا سنأخذ مثالًا مألوفًا لنا أكثر من الحياة اليومية.

يجب أن تدرك جيدًا أنه عند شحن بطارية مثلاً تليفون محمول، فإن كمية الطاقة المتراكمة في البطاريات ستكون أقل مما يتم تلقيه فعليًا من الشبكة. هناك خسائر معينة. وفي الحياة اليومية اعتدنا على ذلك. لكن الحقيقة هي أن خسائر مماثلة تحدث في أنظمة مغلقة أخرى. وبالنسبة للفيزيائيين والرياضيين ، فهذه مشكلة خطيرة بالفعل. شارك رودولف كلاوسيوس أيضًا في دراسة هذه المسألة.

نتيجة لذلك ، استنتج الحقيقة الأكثر فضولًا. إذا قمنا ، مرة أخرى ، بإزالة المصطلحات المعقدة ، فسيتم تقليصه إلى حقيقة أن الإنتروبيا هي الفرق بين العملية المثالية والعملية الحقيقية.

تخيل أنك تمتلك متجرًا. واستلمت 100 كيلو جرام من الجريب فروت للبيع بسعر 10 توغريك للكيلوجرام الواحد. بوضع علامة 2 توغريك لكل كيلو ، سوف تتلقى 1200 توغريك نتيجة البيع ، وتعطي المبلغ المستحق للمورد وتحافظ على ربح مائتي توغريك.

لذلك ، كان هذا وصفًا للعملية المثالية. وأي تاجر يعرف أنه بحلول الوقت الذي يتم فيه بيع كل ثمار الجريب فروت ، سيكون لديهم وقت لتجف بنسبة 15 في المائة. و 20 في المائة سوف تتعفن تمامًا ، وسيتعين ببساطة شطبها. لكن هذه بالفعل عملية حقيقية.

لذلك ، يُعرَّف مفهوم الانتروبيا ، الذي أدخله رودولف كلوسيوس في البيئة الرياضية ، على أنه الترابط بين نظام تعتمد فيه الزيادة في الانتروبيا على نسبة درجة حرارة النظام إلى قيمة الصفر المطلق. في الواقع ، يُظهر قيمة الطاقة المهدرة (المفقودة).

قياس الفوضى

من الممكن أيضًا التأكيد بدرجة ما من الاقتناع على أن الانتروبيا هي مقياس للفوضى. بمعنى ، إذا أخذنا غرفة طالب عادي كنموذج لنظام مغلق ، فإن الزي المدرسي الذي لم يتم إزالته في مكانه سيميز بالفعل بعض الانتروبيا. لكن أهميتها في هذه الحالة ستكون صغيرة. ولكن إذا قمت ، بالإضافة إلى ذلك ، بنثر الألعاب ، وإحضار الفشار من المطبخ (بطبيعة الحال ، إسقاطه قليلاً) وترك جميع الكتب المدرسية في حالة من الفوضى على الطاولة ، فإن إنتروبيا النظام (وفي هذه الحالة بالذات ، من هذه الغرفة) بشكل كبير.

مادة معقدة

تعتبر إنتروبيا المادة عملية صعبة للغاية لوصفها. على مدى القرن الماضي ، ساهم العديد من العلماء في دراسة آلية عملها. علاوة على ذلك ، فإن مفهوم الانتروبيا لا يستخدم فقط من قبل علماء الرياضيات والفيزياء. كما أن لها مكانة مستحقة في الكيمياء. ويستخدمه بعض الحرفيين لشرح حتى العمليات النفسية في العلاقات بين الناس. دعونا نتتبع الاختلاف في صيغ الفيزيائيين الثلاثة. يكشف كل واحد منهم عن إنتروبيا من الجانب الآخر ، وسيساعدنا الجمع بينهما في رسم صورة أكثر شمولية لأنفسنا.

بيان كلوزيوس

إن عملية نقل الحرارة من جسم ذي درجة حرارة منخفضة إلى جسم ذي درجة حرارة أعلى أمر مستحيل.

ليس من الصعب التحقق من هذا الافتراض. لا يمكنك أبدًا تدفئة جرو صغير مجمّد بأيدٍ باردة ، بغض النظر عن مدى رغبتك في مساعدته. لذلك ، سيتعين عليك دفعه في حضنه ، حيث تكون درجة الحرارة أعلى من درجة حرارته في الوقت الحالي.

مطالبة طومسون

العملية مستحيلة ، تكون نتيجتها أداء العمل بسبب الحرارة المأخوذة من جسم واحد.

وإذا كان الأمر بسيطًا تمامًا ، فهذا يعني أنه من المستحيل ماديًا تصميم آلة دائمة الحركة. لن تسمح إنتروبيا النظام المغلق.

بيان بولتزمان

لا يمكن أن ينخفض ​​الانتروبيا في الأنظمة المغلقة ، أي في تلك التي لا تتلقى دعمًا خارجيًا للطاقة.

هزت هذه الصيغة إيمان العديد من أتباع نظرية التطور وجعلتهم يفكرون بجدية في وجود خالق ذكي في الكون. لماذا ا؟

لأنه ، بشكل افتراضي ، في نظام مغلق ، تزداد الإنتروبيا دائمًا. هذا يعني أن الفوضى تزداد سوءًا. يمكن تقليله فقط من خلال إمدادات الطاقة الخارجية. ونلتزم بهذا القانون كل يوم. إذا كنت لا تهتم بالحديقة أو المنزل أو السيارة وما إلى ذلك ، فسوف يقعون ببساطة في حالة سيئة.

على نطاق واسع ، كوننا هو أيضًا نظام مغلق. وقد توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن وجودنا ذاته يجب أن يشهد على حقيقة أن مصدر هذه الطاقة الخارجية يأتي من مكان ما. لذلك ، لا أحد يستغرب اليوم أن علماء الفيزياء الفلكية يؤمنون بالله.

سهم الوقت

يمكن التفكير في توضيح آخر ذكي جدًا للإنتروبيا على أنه سهم الوقت. أي أن الانتروبيا تُظهر الاتجاه الذي ستتحرك فيه العملية جسديًا.

في الواقع ، من غير المحتمل ، عند تعلم فصل البستاني ، أن تتوقع أن المنطقة التي كان مسؤولاً عنها ستصبح أكثر أناقة وحسن الإعداد. على العكس تمامًا - إذا لم تستأجر عاملاً آخر ، فبعد فترة من الوقت ستقع حتى أجمل حديقة في حالة سيئة.

الانتروبيا في الكيمياء

في مجال "الكيمياء" إنتروبيا هي مؤشر مهم. في بعض الحالات ، تؤثر قيمته على مسار التفاعلات الكيميائية.

من منا لم ير إطارات من الأفلام الروائية التي حمل فيها الأبطال أوعية تحتوي على النتروجليسرين بحذر شديد ، خوفًا من إحداث انفجار بحركة حادة غير مبالية؟ كانت مساعدة مرئيةلمبدأ عمل الانتروبيا في مادة كيميائية. إذا وصل مؤشره إلى مستوى حرج ، فسيبدأ التفاعل ، ونتيجة لذلك يحدث انفجار.

ترتيب الفوضى

في أغلب الأحيان ، يُقال أن الانتروبيا هي الرغبة في الفوضى. بشكل عام ، تعني كلمة "إنتروبيا" التحويل أو الدوران. لقد قلنا بالفعل أنه يميز العمل. إنتروبيا الغاز مثيرة جدا للاهتمام في هذا السياق. دعنا نحاول أن نتخيل كيف يحدث ذلك.

نأخذ نظامًا مغلقًا يتكون من حاويتين متصلتين ، تحتوي كل منهما على غاز. كان الضغط في الحاويات مختلفًا ، حتى تم ربطهما ببعضهما البعض بإحكام. تخيل ما حدث على المستوى الجزيئي عندما كانوا متصلين.

حشد الجزيئات ، الذي كان تحت ضغط أقوى ، هرع على الفور إلى زملائهم ، الذين عاشوا بحرية تامة من قبل. وهكذا زادوا الضغط هناك. يمكن مقارنتها برذاذ الماء في الحمام. بعد أن ركضت إلى جانب ، هرعت على الفور إلى الجانب الآخر. وكذلك جزيئاتنا. وفي نظامنا ، المعزول بشكل مثالي عن التأثيرات الخارجية ، سيدفعون حتى يتم إنشاء توازن لا تشوبه شائبة في الحجم بأكمله. والآن ، عندما يكون هناك بالضبط نفس القدر من الفراغ حول كل جزيء كما هو الحال في الجزيء المجاور ، فإن كل شيء سيهدأ. وسيكون هذا أعلى إنتروبيا في الكيمياء. ستتوقف المنعطفات والتحولات.

الانتروبيا القياسية

العلماء لا يتخلون عن محاولاتهم لتنظيم حتى الفوضى وتصنيفها. نظرًا لأن قيمة الانتروبيا تعتمد على مجموعة من الشروط المصاحبة ، فقد تم تقديم مفهوم "الانتروبيا المعيارية". يتم تلخيص القيم في جداول خاصة بحيث يمكنك بسهولة إجراء العمليات الحسابية وحل المشكلات التطبيقية المختلفة.

بشكل افتراضي ، يتم النظر في قيم الانتروبيا القياسية تحت ظروف ضغط جو واحد ودرجة حرارة 25 درجة مئوية. مع ارتفاع درجة الحرارة ، يرتفع هذا المؤشر أيضًا.

الرموز والأصفار

هناك أيضا إنتروبيا إعلامية. إنه مصمم للمساعدة في تشفير الرسائل المشفرة. فيما يتعلق بالمعلومات ، الانتروبيا هي قيمة احتمال أن المعلومات يمكن التنبؤ بها. بعبارات بسيطة ، هذا هو مدى سهولة كسر التشفير المعترض.

كيف تعمل؟ للوهلة الأولى ، يبدو أنه من المستحيل فهم الرسالة المشفرة بدون بعض البيانات الأولية على الأقل. ولكنه ليس كذلك. هذا هو المكان الذي يأتي فيه الاحتمال.

تخيل صفحة بها رسالة مشفرة. أنت تعلم أنه تم استخدام اللغة الروسية ، لكن الشخصيات غير مألوفة تمامًا. من أين نبدأ؟ فكر: ما هو احتمال ظهور الحرف "ъ" في هذه الصفحة؟ وفرصة التعثر على حرف "o"؟ تحصل على النظام. يتم حساب الرموز التي تحدث غالبًا (وفي كثير من الأحيان على الأقل - يعد هذا أيضًا مؤشرًا مهمًا) ، ومقارنتها بخصائص اللغة التي تم تكوين الرسالة بها.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك تركيبات حروف متكررة وفي بعض اللغات وغير متغيرة. هذه المعرفة تستخدم أيضا لفك التشفير. بالمناسبة ، هذه هي الطريقة التي استخدمها شيرلوك هولمز الشهير في قصة "الرجال الراقصين". تم فك الرموز بنفس الطريقة عشية الحرب العالمية الثانية.

وقد تم تصميم إنتروبيا المعلومات لزيادة موثوقية التشفير. بفضل الصيغ المشتقة ، يمكن لعلماء الرياضيات تحليل الخيارات التي تقدمها برامج التشفير وتحسينها.

اتصال المادة المظلمة

هناك العديد من النظريات التي لا تزال تنتظر التأكيد. يربط أحدهما ظاهرة الإنتروبيا بما تم اكتشافه مؤخرًا نسبيًا. ويقول إن الطاقة المفقودة تتحول ببساطة إلى مظلمة. يقر علماء الفلك أنه في كوننا ، 4 في المائة فقط هي المسؤولة عن المادة التي نعرفها. والنسبة المتبقية البالغة 96 في المائة مشغولة بما لم يتم استكشافه حاليًا - الظلام.

حصل على هذا الاسم بسبب حقيقة أنه لا يتفاعل مع الإشعاع الكهرومغناطيسي ولا ينبعث منه (مثل جميع الكائنات المعروفة سابقًا في الكون). لذلك ، في هذه المرحلة من تطور العلم ، لا يمكن دراسة المادة المظلمة وخصائصها.

أنظر أيضا "البوابة المادية"

يمكن تفسير الانتروبيا على أنها مقياس لعدم اليقين (اضطراب) نظام معين ، على سبيل المثال ، بعض الخبرة (الاختبار) ، والتي يمكن أن يكون لها نتائج مختلفة ، وبالتالي كمية المعلومات. وبالتالي ، فإن التفسير الآخر للإنتروبيا هو القدرة المعلوماتية للنظام. يرتبط بهذا التفسير حقيقة أن مبتكر مفهوم الانتروبيا في نظرية المعلومات (كلود شانون) أراد أولاً تسمية هذه الكمية معلومة.

H = السجل ⁡ N ¯ = - ∑ i = 1 N p i log ⁡ p i. (displaystyle H = log (overline (N)) = - sum _ (i = 1) ^ (N) p_ (i) log p_ (i).)

تفسير مماثل صالح أيضًا لـ Renyi entropy ، وهو أحد التعميمات لمفهوم إنتروبيا المعلومات ، ولكن في هذه الحالة يتم تحديد العدد الفعال لحالات النظام بشكل مختلف (يمكن إثبات أن العدد الفعال للحالات يتوافق مع إنتروبيا Renyi ، المُعرَّفة على أنها متوسط ​​طاقة مرجح بالمعامل ف ≤ 1 (displaystyle q leq 1)من القيم 1 / ف i (displaystyle 1 / p_ (i))) .

وتجدر الإشارة إلى أن تفسير صيغة شانون على أساس المتوسط ​​المرجح ليس مبررًا لها. يمكن الحصول على اشتقاق دقيق لهذه الصيغة من الاعتبارات التوافقية باستخدام صيغة Stirling المقاربة وتكمن في حقيقة أن الطبيعة التوافقية للتوزيع (أي عدد الطرق التي يمكن من خلالها تحقيقها) بعد أخذ اللوغاريتم والتطبيع في يتطابق الحد مع التعبير الخاص بالانتروبيا في النموذج ، الذي اقترحه شانون.

بالمعنى الواسع ، حيث تُستخدم الكلمة غالبًا في الحياة اليومية ، تعني الإنتروبيا مقياسًا من الفوضى أو الفوضى في النظام: فكلما قلت خضوع عناصر النظام لأي ترتيب ، زادت الإنتروبيا.

1 ... دع بعض النظام يكون في كل من N (displaystyle N)الدول المتاحة مع الاحتمال * i (displaystyle p_ (i))، أين أنا = 1 ،. ... ... ، N (\ displaystyle i = 1، ...، N)... غير قادر علي ح (displaystyle H)هي دالة للاحتمالات فقط الفوسفور = (* 1، ...، الفوسفور N) (displaystyle P = (p_ (1) ، ... ، p_ (N))): H = H (P) (displaystyle H = H (P)). 2 ... لأي نظام الفوسفور (displaystyle P)معرض H (P) ≤ H (P u n i f) (displaystyle H (P) leq H (P_ (unif)))، أين الفوسفور u n i و (displaystyle P_ (unif))- نظام بتوزيع احتمالي موحد: ص 1 = ص 2 =. ... ... = * N = 1 / N (displaystyle p_ (1) = p_ (2) = ... = p_ (N) = 1 / N). 3 ... إذا قمت بإضافة دولة إلى النظام * N + 1 = 0 (displaystyle p_ (N + 1) = 0)، فإن إنتروبيا النظام لن تتغير. 4 ... الانتروبيا لمجموعة من نظامين الفوسفور (displaystyle P)و س (displaystyle Q)لديه الشكل H (P Q) = H (P) + H (Q / P) (displaystyle H (PQ) = H (P) + H (Q / P))، أين ح (س / ف) (displaystyle H (Q / P))- متوسط ​​الفرقة الفوسفور (displaystyle P)الانتروبيا الشرطية س (displaystyle Q).

تؤدي مجموعة البديهيات المحددة بشكل لا لبس فيه إلى صيغة لانتروبيا شانون.

استخدم في مختلف التخصصات

• الانتروبيا الديناميكية الحرارية هي وظيفة ديناميكية حرارية تميز مقياس تبديد الطاقة غير القابل للعكس فيه.
• في الفيزياء الإحصائية ، تميز احتمالية وجود حالة ماكروسكوبية معينة للنظام.
• في الإحصاء الرياضي ، مقياس الارتياب في توزيع الاحتمالات.
• إنتروبيا المعلومات - في نظرية المعلومات ، مقياس لعدم اليقين من مصدر الرسائل ، تحدده احتمالات ظهور رموز معينة أثناء إرسالها.
• إنتروبيا النظام الديناميكي - في نظرية الأنظمة الديناميكية ، مقياس للفوضى في سلوك مسارات النظام.
• الانتروبيا التفاضلية هي تعميم رسمي لمفهوم الانتروبيا للتوزيعات المستمرة.
• تعتبر إنتروبيا الانعكاس جزءًا من المعلومات حول نظام منفصل لا يتم إنتاجه عندما ينعكس النظام من خلال مجمل أجزائه.
• الانتروبيا في نظرية التحكم هي مقياس لعدم اليقين من حالة أو سلوك نظام في ظل ظروف معينة.

في الديناميكا الحرارية

تم تقديم مفهوم الانتروبيا لأول مرة بواسطة Clausius في الديناميكا الحرارية في عام 1865 لتحديد مقياس تبديد الطاقة الذي لا رجعة فيه ، وهو مقياس انحراف العملية الحقيقية عن المثالية. تُعرَّف بأنها مجموع درجات الحرارة المنخفضة ، وهي دالة للحالة وتظل ثابتة في العمليات القابلة للانعكاس المغلقة ، بينما في العمليات التي لا رجعة فيها ، يكون تغييرها دائمًا إيجابيًا.

يتم تعريف الانتروبيا رياضيًا على أنها دالة لحالة النظام ، محددة حتى ثابت تعسفي. الفرق بين الانتروبيا في حالتين من التوازن 1 و 2 ، بحكم التعريف ، يساوي كمية الحرارة المخفضة ( δ س / تي (displaystyle delta Q / T)) ، والتي يجب الإبلاغ عنها للنظام من أجل نقلها من الحالة 1 إلى الحالة 2 على طول أي مسار شبه ثابت:

Δ S 1 → 2 = S 2 - S 1 = ∫ 1 → 2 δ QT (displaystyle Delta S_ (1 to 2) = S_ (2) -S_ (1) = int limits _ (1 to 2) (\ frac (\ delta Q) (T))).

(1)

نظرًا لأن الانتروبيا يتم تحديدها حتى ثابت تعسفي ، يمكن للمرء أن يأخذ الحالة 1 بشكل مشروط كالحالة الأولية ويضع ق 1 = 0 (displaystyle S_ (1) = 0)... ثم

S = ∫ δ Q T (displaystyle S = int (frac (delta Q) (T))),

(2.)

هنا يتم أخذ جزء لا يتجزأ من عملية شبه اعتباطية. الوظيفة التفاضلية ث (displaystyle S)لديه الشكل

د S = δ Q T (displaystyle dS = (frac (delta Q) (T))).

(3)

يؤسس الانتروبيا اتصالاً بين الحالات الكلية والجزئية. تكمن خصوصية هذه الخاصية في أنها الوظيفة الوحيدة في الفيزياء التي تُظهر اتجاه العمليات. نظرًا لأن الانتروبيا هي وظيفة لحالة ، فهي لا تعتمد على كيفية إجراء الانتقال من حالة من النظام إلى أخرى ، ولكن يتم تحديدها فقط من خلال الحالات الأولية والنهائية للنظام.

غير قادر علي

غير قادر علي

(من الانتروبيا اليونانية - بدوره ،)

جزء من الطاقة الداخلية لنظام مغلق أو مجمع طاقة للكون لا يمكن استخدامه ، على وجه الخصوص ، لا يمكن تحويله أو تحويله إلى عمل ميكانيكي. يتم إنتاج الانتروبيا الدقيقة باستخدام الحسابات الرياضية. يظهر تأثير الانتروبيا بشكل أكثر وضوحًا في مثال العمليات الديناميكية الحرارية. لذلك ، فهي لا تتحول أبدًا إلى عمل ميكانيكي تمامًا ، حيث يتم تحويلها إلى أنواع أخرى من الطاقة. من الجدير بالذكر أنه في العمليات القابلة للعكس ، تظل قيمة الانتروبيا دون تغيير ، في العمليات التي لا رجوع فيها ، على العكس من ذلك ، تزداد باطراد ، وتحدث هذه الزيادة بسبب انخفاض الطاقة الميكانيكية. وبالتالي ، فإن جميع العمليات التي لا رجعة فيها والتي تحدث في الطبيعة مصحوبة بانخفاض في الطاقة الميكانيكية ، والتي ينبغي أن تؤدي في النهاية إلى شلل عام ، أو بعبارة أخرى ، "الموت الحراري". لكن هذا صحيح فقط إذا تم افتراض شمولية الكون على أنها معطى تجريبي مغلق. السيد المسيح. تحدث اللاهوتيون ، بناءً على الإنتروبيا ، عن محدودية العالم ، مستخدمينه كوجود الله.

القاموس الموسوعي الفلسفي. 2010 .

غير قادر علي

(اليونانية ἐντροπία - دوران ، تحول) - حالات الديناميكا الحرارية. النظام ، الذي يميز اتجاه تدفق العمليات العفوية في هذا النظام وهو مقياس لعدم رجوعها. تم تقديم مفهوم الطاقة في عام 1865 بواسطة R. Clausius لوصف عمليات تحويل الطاقة ؛ في عام 1877 أعطاه L. Boltzmann إحصائية. ترجمة. بمساعدة مفهوم E. ، تمت صياغة القانون الثاني للديناميكا الحرارية: دائمًا ما تزداد نسبة E. مثل هذا ، إذا تركت لنفسها ، يميل إلى التوازن الحراري ، حيث يكون E. هو الحد الأقصى. في الإحصاء فيزياء E. يعبر عن عدم اليقين المجهري. حالة النظام: كلما كانت مجهرية. حالات النظام تتوافق مع هذا العياني. الدولة ، كلما ارتفعت الديناميكا الحرارية. و E. الماضي. يتطور النظام ذو الهيكل غير المحتمل ، المتروك لنفسه ، نحو الهيكل الأكثر احتمالا ، أي في اتجاه زيادة E. ومع ذلك ، هذا ينطبق فقط على الأنظمة المغلقة ، وبالتالي لا يمكن استخدام E. لإثبات الموت الحراري للكون. من الناحية النظرية ، يُنظر إلى المعلومات على أنها نقص في المعلومات في النظام. في علم التحكم الآلي ، يعبر استخدام مفاهيم e. و Negentropy (neg. Entropy) عن مقياس تنظيم النظام. الإنصاف فيما يتعلق بالنظم الخاضعة للإحصاء. الانتظام ، ومع ذلك ، يتطلب هذا الإجراء عناية كبيرة عند الانتقال إلى النظم البيولوجية واللغوية والاجتماعية.

أشعل .: Shambadal P.، تطوير وتطبيقات مفهوم E.، [عبر. S.] ، M. ، 1967 ؛ بيرس جيه ، الرموز ، الإشارات ، الضوضاء ، [العابرة. من الإنجليزية] ، م ، 1967.

فاتكين. موسكو.

موسوعة فلسفية. في 5 مجلدات - م: الموسوعة السوفيتية. حرره F.V. Konstantinov. 1960-1970 .

المرادفات:

شاهد ما هو "ENTROPY" في القواميس الأخرى:

- (من الانتروبيا اليونانية ، الدوران ، التحول) ، مفهوم تم تقديمه لأول مرة في الديناميكا الحرارية لتحديد مقياس تبديد الطاقة غير القابل للعكس. يستخدم E. على نطاق واسع في مجالات أخرى من العلوم: في الفيزياء الإحصائية كمقياس لاحتمال تنفيذ .... ... موسوعة فيزيائية

ENTROPY ، وهو مؤشر على عشوائية أو اضطراب بنية النظام المادي. في الديناميكا الحرارية ، تعبر الإنتروبيا عن مقدار الطاقة الحرارية المناسبة لأداء العمل: فكلما قلت الطاقة ، زادت الانتروبيا. في مقياس الكون ... ... القاموس الموسوعي العلمي والتقني

مقياس الاضطراب الداخلي لنظام المعلومات. يزيد الانتروبيا مع التوزيع الفوضوي مصادر المعلوماتوتنخفض حسب الطلب. بالإنجليزية: Entropy أنظر أيضا: Information Financial Dictionary Finam ... مفردات مالية

- [م. قاموس إنتروبيا للكلمات الأجنبية للغة الروسية

غير قادر علي- Entropy ♦ Entropie خاصية حالة نظام مادي معزول (أو مأخوذ من أجل هذا) ، يتميز بمقدار التغيير التلقائي الذي يمكنه القيام به. تصل إنتروبيا النظام إلى الحد الأقصى عندما تكون تمامًا ... قاموس سبونفيل الفلسفي

- (من الانتروبيا اليونانية ، تحويل الدوران) (يُشار إليه عادةً بـ S) ، دالة لحالة النظام الديناميكي الحراري ، التغيير الذي يكون فيه dS في عملية التوازن مساويًا لنسبة كمية الحرارة dQ المنقولة إلى نظام أو إزالته منه ، إلى ... ... قاموس موسوعي كبير

الفوضى والخلاف قاموس المرادفات الروسية. إنتروبيا ، عدد المرادفات: 2 اضطراب (127) ... قاموس مرادف

غير قادر علي- (من اليونانية en ، inward و trope ، turn ، switch) ، قيمة تميز مقياس الطاقة المقيدة (D S) ، والتي لا يمكن تحويلها إلى عمل في عملية متساوية الحرارة. يتم تحديده من خلال لوغاريتم الاحتمال الديناميكي الحراري و ... ... قاموس بيئي

غير قادر علي- و. إنتروبي و. ، جير. إنتروبي ج. en in، inward + trope turn، التحول. واحد. الكمية الماديةتوصيف الحالة الحرارية للجسم أو نظام الأجسام والتغيرات المحتملة في هذه الحالات. حساب الانتروبيا. ALS 1. || ... ... القاموس التاريخي للإغاليات الروسية

غير قادر علي- الانطواء ، وهو مفهوم تم إدخاله في الديناميكا الحرارية وهو ، كما كان ، مقياسًا لعدم رجوع العملية ، وهو مقياس لانتقال الطاقة إلى مثل هذا الشكل ، والذي لا يمكن أن تنتقل منه تلقائيًا إلى أشكال أخرى. جميع العمليات التي يمكن تصورها والتي تحدث في أي نظام ... ... موسوعة طبية عظيمة

كتب

• الميكانيكا الإحصائية. الانتروبيا ، معاملات النظام ، نظرية التعقيد ، جيمس ب. سيتنا. كتب جيمس سيتنا ، الأستاذ بجامعة كورنيل (الولايات المتحدة الأمريكية) ، الكتاب المدرسي "الميكانيكا الإحصائية: الانتروبيا ومعايير النظام والتعقيد" وتم نشره باللغة الإنجليزية لأول مرة في عام 2006 ...

الانتروبيا هو مقياس لمدى تعقيد النظام. ليست فوضى ، ولكن تعقيد وتطور. كلما زاد الانتروبيا ، كلما كان فهم منطق هذا النظام أو الوضع أو الظاهرة المعينة أكثر صعوبة. من المقبول عمومًا أنه كلما مر الوقت ، أصبح الكون أقل تنظيماً. والسبب في ذلك هو المعدل غير المتكافئ لتطور الكون ككل ونحن ، كمراقبين للإنتروبيا. نحن ، كمراقبين ، عدد ضخم من المقدار أبسط من الكون. لذلك ، يبدو لنا أنه زائد عن الحاجة بشكل مفرط ، فنحن غير قادرين على فهم معظم علاقات السبب والنتيجة التي تتكون منها. الجانب النفسي مهم أيضًا - من الصعب على الناس أن يعتادوا على حقيقة أنهم ليسوا فريدين. افهم أن الفرضية القائلة بأن البشر هم تاج التطور ليست بعيدة كل البعد عن الاعتقاد السابق بأن الأرض هي مركز الكون. إنه لمن دواعي سروري أن يؤمن الشخص بحصريته ، وليس من المستغرب أن نميل إلى رؤية الهياكل الأكثر تعقيدًا منا على أنها غير منظمة وفوضوية.

توجد إجابات جيدة جدًا أعلاه تشرح الإنتروبيا من حيث النموذج العلمي الحديث. يشرح المستجيبون هذه الظاهرة بأمثلة بسيطة. تنتشر الجوارب في جميع أنحاء الغرفة ، والنظارات المكسورة ، والقرود تلعب الشطرنج ، وما إلى ذلك. لكن إذا نظرت عن كثب ، ستفهم - يتم التعبير عن الترتيب هنا في تمثيل بشري حقيقي. كلمة "أفضل" تنطبق على نصف هذه الأمثلة. أفضل الجوارب المكدسة في الخزانة من الجوارب المبعثرة على الأرض. زجاج كامل أفضل من زجاج مكسور. دفتر ملاحظات مكتوب بخط جميل أفضل من دفتر ملاحظات به بقع. في المنطق البشري ، ليس من الواضح ما يجب فعله بالانتروبيا. الدخان المتسرب من الأنبوب ليس منفعيًا. كتاب ممزق إلى أشلاء لا فائدة منه. من الصعب استخراج حد أدنى من المعلومات على الأقل من اللهجة متعددة الألحان والضوضاء في المترو. بهذا المعنى ، سيكون من المثير للاهتمام العودة إلى تعريف الانتروبيا الذي قدمه الفيزيائي وعالم الرياضيات رودولف كلاوسيوس ، الذي رأى هذه الظاهرة كمقياس لتبديد الطاقة الذي لا رجعة فيه. من الذي تأتي منه هذه الطاقة؟ من الذي يجد صعوبة في استخدامه؟ نعم الرجل! من الصعب للغاية (إن لم يكن من المستحيل) تجميع الماء المنسكب بالكامل ، حتى قطرة واحدة ، في كوب مرة أخرى. لإصلاح الملابس القديمة ، تحتاج إلى استخدام خامة جديدة (قماش ، خيط ، إلخ). هذا لا يأخذ في الاعتبار المعنى الذي قد لا يحمله هذا الانتروبيا للناس. سأقدم مثالاً عندما يحمل تبديد الطاقة بالنسبة لنا المعنى المعاكس تمامًا لنظام آخر:

أنت تعلم أن كل ثانية كمية هائلة من المعلومات من كوكبنا تطير إلى الفضاء. على سبيل المثال ، في شكل موجات الراديو. بالنسبة لنا ، تبدو هذه المعلومات مفقودة تمامًا. ولكن إذا كانت حضارة أجنبية متطورة بشكل كاف في طريق موجات الراديو ، فيمكن لممثليها قبول وفك شفرة جزء من هذه الطاقة المفقودة بالنسبة لنا. استمع إلى أصواتنا وافهمها ، وشاهد برامجنا التلفزيونية والإذاعية ، واتصل بحركة المرور على الإنترنت))). في هذه الحالة ، يمكن ترتيب الكون من قبل كائنات ذكية أخرى. وكلما زاد تبديد الطاقة بالنسبة لنا ، زادت الطاقة التي سيتمكنون من جمعها.